Волков Б.А. 4 страница

менее интенсивное, но достаточное для

а образования трещин. Эта область

называется зоной трещинообразования

(в). Зоны сжатия и трещинообразования

в составляют зону разрушения. За зоной

разрушения следует зона колебаний или

сотрясений.

Зона измельчения образуется вследствии того, что давление волны напряжений и газов взрыва во много раз превосходят предел прочности породы на сжатие, т.е.

F > [F_сж], Па

где F - напряжение в волне сжатия, Па; [F_сж] - предел прочности породы при всестороннем сжатии, Па

С удалением от заряда интенсивность взрывной волны падает, ее давление становится меньше предела прочности породы на сжатие и характер разрушения меняется.

При F_т > [F_раст], происходит разрыв породы и образуются радиальные трещины.

Здесь F_т - тангенциальные напряжения во взрывной волне, Па [F_раст] - предел прочности породы на растяжение, Па

В следующей зоне – зоне сотрясений среда деформируется упруго и нарушений ее сплошности не наблюдается.

При дроблении взрывом трещиноватых пород, трещины, которые разбивают массив на блоки (отдельности), оказывают экранирующее действие на распространение волн сжатия-растяжения. При этом заданная степень дробления пород может быть достигнута лишь в непосредственной близости от заряда, в так называемой «зоне регулируемого дробления». Далее разрушение блоков носит вероятностный характер «зона мало регулируемого дробления», а еще далее энергии взрыва недостаточно для разрушения блоков и происходит лишь развал породы на блоки («зона нерегулируемого дробления»).

8.3. Принципы расчета разрушающего действия зарядов ВВ

Принципы расчета разрушающего действия зарядов базируются на законах подобия, одним из которых является обобщенный закон подобия при взрыве.В соответствии с этим законом, напряжения, возникающие на расстоянии R от заряда, зависят от величины полной энергии взрыва и этого расстояния.

Объем V воронки взрыва равен объему конуса:

V = 1/3 B r² W,

При нормальной воронке показатель действия взрыва n равен 1, следовательно r = W. Приняв B = 3, получим, приближенно V = W³.

Поскольку величина заряда находится в прямой зависимости от массы отбиваемой в объеме конуса породы, получим формулу для расчета величины заряда нормального выброса Q_н:

Q_н = q_н W³,

где q_н - удельный расход ВВ для воронки нормального выброса, кг/м³, который зависит от свойств породы и ВВ.

При увеличении заряда Q показатель действия взрыва n увеличивается, а при уменьшении – уменьшается. Отсюда следует, что величина заряда Q является функцией n, или

Q = f (n) q_н W³,

Наиболее широко во взрывном деле для определения величины f(n) применяется формула М.М. Борескова.

F(n) = 0,4 + 0,6 n³,

Эта формула дает удовлетворительные результаты для зарядов усиленного выброса, а для зарядов уменьшенного выброса их величины занижаются. Ею нельзя также пользоваться при расчете зарядов при W > 25 м

При расчете величины зарядов рыхления используют эмпирическую формулу

Q = 0,33 q_н W³,

9. Методы ведения взрывных работ

При ведении взрывных работ в шахтах и на карьерах применяют методы шпуровых, скважинных, котловых и камерных зарядов.

Метод шпуровых зарядов (МШЗ) применяется как на открытых, так и на подземных работах. МШЗ применяют при разработке маломощных пластов полезных ископаемых, при раздельной выемке руды и породы, при добыче строительного и отделочного камня, при разбивке негабаритов.

Глубину шпуров l принимают согласно l = (0,8 – 0,9) Н, м

где Н - высота уступа, м.

Величина зарядов в шпурах

Q = q a W H, кг

где q - проектный удельный расход расход ВВ, кг/м³ принимают равным

0,85 – 0,9 кг/м³ в зависимости от типа ВВ, свойств породы и заданного размера кусков; а - расстояние между шпурами, м.; W – ЛНС; Н – высота уступа, м.

9.1. Метод скважинных зарядов (МСЗ)

Скважиной является цилиндрическая полость глубиной более 5 м или любой глубины при диаметре полости более 75 мм.

МСЗ широко применяется при разработке скальных пород как открытым, так и подземным способом

При однорядном расположении сетка скважин определяется величиной расчетной линии сопротивления по подошве W_п и расстоянием между скважинами в ряду.

Величина перебура на открытых горных работах принимается равной 10-15 диаметров скважины или равной 0,3 W_п, или по формуле h_{п =} 0,5qW,

Где q – удельный расход ВВ, кг/м³.

Расчет скважинных зарядов

Масса ВВ в скважинном заряде Q

Q = q W a L, кг/м³ (1)

где W – ЛНС; а – расстояние между смежными удлиненными зарядами, м;

L - ширина взрываемого забоя, м.

Произведение W a L – есть объем породы взрываемый одним скважинным зарядом. Обозначив m = a|W – относительное расстояние между скважинами и подставив в (1), получим

Q = q m W² L, кг (2)

Величина удлиненного заряда, выраженная через вместимость скважины по ВВ

Q = pd²/4 r L_с, кг (3)

где d – диаметр скважины, м; r - плотность заряжания, кг/м³; L_c – заряжаемая часть скважины, м, или L_с = k L, где k = 0,7-0,9 – коэффициент заполнения скважины.

Расстояние между двумя смежными (а) скважинами принимается равным а = (0,7-1,0)W.

Приравняв выражения (2) и (3) получим

q m W² L = pd²/4 r k L откуда

________ _________

d = W / Öprk / q m или W = dÖprk / q m (4)

Решая уравнение (4), можно по заданной толщине отбиваемого слоя, определить необходимый диаметр заряда, или по заданному диаметру заряда определить рациональную толщину отбиваемого слоя.

Удельный расход ВВ определяется опытным путем и находится в пределах 0,5-2,5 кг/м³.

9.2. Метод камерных зарядов (МКЗ)

МКЗ применяют при взрывании больших объемов горной массы как на вскрыше, так и добычных работах, а также при взрывах на сброс и выброс, при создании плотин и насыпей.

Заряды ВВ устраивают в специально пройденных горных выработках – зарядных камерах. Объем зарядной камеры определяют по формуле

V_к = Q /r k_v, м³ (5)

где k_v - коэффициент, учитывающий наличие крепежного материала в камере (k_v = 1,1 – 1,8); Q – масса ВВ в камере, т; r - плотность ВВ, т/м³.

9.3. Метод котловых зарядов (МКЗ)

МКЗ применяется при больших сопротивлениях весьма крепких пород, когда расчетный заряд ВВ не может быть полностью размещен в скважине

Котловые заряды помещают в особые камеры-котлы, которые

образуются при бурении термическим и термошарошечным способом, а также последовательным взрыванием в скважине камуфлетных зарядов. Объем котла для размещения основного заряда Q_пр определяется по формуле

Q_пр = Q_к /r П_пр, кг

где Q_к - масса котлового заряда, кг, определяется по формуле (5) П_пр – показатель простреливаемости, представляющий отношение объема образованного котла к массе камуфлетного заряда, дм³/кг; r - плотность ВВ, кг/дм³.

9.4. Контурное взрывание

Способ буровзрывных работ, при котором практически отсутствует отклонение выработки от проектных размеров и разрушение породы за контуром выработки называется контурным взрыванием.

Известны два варианта контурного взрывания:

- с использованием сближенных зарядов,

- с предварительным щелеобразованием.

В первом варианте необходимый эффект достигается путем применения ряда технических решений. Наиболее существенное значение при этом имеет расстояние между оконтуривающими шпурами, ЛНС и соотношение между ними, т.е. коэффициент сближения зарядов; удельный расход ВВ, диаметр и конструкция зарядов, расположение шпуров относительно проектного контура и др. факторы.

На практике расстояние между оконтуривающими шпурами, которые бурят на минимальном расстоянии от проектного контура, снижают до 0,4-0,5 м. Кроме того, для уменьшения нарушенности законтурного массива в оконтуривающих шпурах применяют ВВ пониженной мощности, уменьшают диаметр оконтуривающих шпуров, оставляют большой радиальный зазор

(15-20 мм) между патронами ВВ и стенкой шпура, формируют вокруг заряда по всей его длине демпфирующие прокладки, обращенные в сторону законтурного массива.

а)

б)

в)

Рис. Схемы конструкции зарядов при контурном взрывании

а) – заряды нормального диаметра, рассредоточенные деревянными вкладышами; б) –сплошной заряд уменьшенного диаметра с радиальным воздушным зазором между ВВ и стенкой шпура; в) – заряд уменьшенного диаметра с деревянным полуцилиндром по длине шпура и с воздушным промежутком между патронами; 1 – донный заряд; 2 – деревянные вкладыши; 3 – патроны нормального диаметра; 4 – забойка; 5 – патроны уменьшенного диаметра; деревянный полуцилиндр; 7 – воздушный промежуток.

Второй вариант применяют при сооружении открытых выемок и подземных выработок большого сечения. Он основан на предварительном образовании по контуру выработки щели путем взрывании зарядов в опережающих шпурах или скважинах. Ударные волны, которые образуются при последующем разрушении основного объема породы, при переходе через оконтуривающую щель теряют значительную часть своей энергии, вследствие чего нарушение законтурного массива сводится к минимуму.

9.5. Отказы при взрывании зарядов и методы их ликвидации

Отказы происходят по техническим, технологически и организационным причинам.

К техническим причинам относится неудовлетворительное качество ВВ или применение их в условиях не соответствующих степени их назначения.

Технологические причины – это несоответствие принятой технологии БВР свойствам разрушаемого породного массива.

К организационным причинам относятся неудовлетворительное качество бурения шпуров или скважин, заряжания, монтажа взрывной сети, что определяется недостаточной квалификацией или низкой технологической дисциплиной.

Ликвидация отказавших шпуров производится путем взрывания зарядов во вспомогательных шпурах. Эти шпуры бурятся параллельно отказавшим на расстоянии не ближе 30 см от них. Если выработка не опасна по газу и пыли, то при обнаружении выходящих из шпура проводов ЭД разрешается проверить проводимость мостика накаливания и при ее наличии взорвать отказавший заряд в обычном порядке.

При ликвидации отказов заряда в скважине, параллельно ей бурят, на

расстоянии не ближе 3 м, новую скважину и производят ее взрывание.

9.6. Паспорт буровзрывных работ

Для проведения подземных или открытых выработок составляются паспорта БВР, которыми регламентируется вся технология взрывных работ и работ по бурению шпуров.

Паспорта утверждаются руководителем предприятия. В них указываются: характеристика горной выработки и горных пород; способ взрывания; тип ВВ и способ заряжания; схема расположения шпуров в забое; число, тип, глубина и диаметр шпуров; масса ВВ, конструкция зарядов и боевиков; средства инициирования и последовательность взрывания зарядов; материал забойки и ее длина; длина зажигательных трубок и контрольного

отрезка ОШ; схема монтажа электровзрывной (взрывной) сети, с указанием ее длины (сопротивления); источники тока; величина радиуса опасной зоны; места укрытия взрывника и рабочих; расстановка постов охраны; время проветривания и др.

9.7. Сигнализация при взрывных работах

При производстве взрывных работ обязательно применяют звуковые и световые сигналы, хорошо слышимые (или видимые) на границах опасной хоны хорошо известные рабочим. Сигналы подаются в следующем порядке.

Первый сигнал – предупредительный (один продолжительный), по которому все лица, не занятые взрыванием, удаляются за пределы опасной зоны, выставляются посты охраны и взрывники приступают к заряжанию.

Второй сигнал – боевой (два продолжительных) подается тогда, когда лицо, ответственное за проведение взрыва, убедится в том, что все люди находятся в безопасном месте. По этому сигналу взрывники поджигают ОШ, идущие к зарядам, удаляются в укрытие или за пределы опасной зоны, а при электрическом взрывании включают ток в электрическую сеть.

Третий сигнал – отбой (три коротких) подается после взрыва и осмотра

места взрыва.

10. Регулирование степени дробления горных пород взрывом

10.1. Основные требования к качеству взрыва

Результаты взрывов на карьерах должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Порода при взрыве должна быть раздроблена на куски, не превышающие определенных размеров по крупности, а выход негабарита и

мелочи должен быть минимальным (не более 5%).

2. После взрыва не должно быть завышенной подошвы уступа (порогов), а также заколов массива за последний ряд скважин. Выброс породы за линию скважин на верхнюю бровку уступа должен быть минимальным.

3. Развал породы должен быть заданной ширины и высоты, обеспечивающих безопасную и производительную работу экскаваторов.

4. Запас взорванной горной массы в забое должен обеспечивать бесперебойную и высокопроизводительную работу погрузочного и транспортного оборудования.

5. Схема взрывной цепи и конструкция зарядов должны обеспечивать полноту детонации всей заряженной массы ВВ в наиболее благоприятном для разрушения массива режиме.

6. При взрыве не должно происходить не предусмотренных проектом разрушений или повреждений окружающих объектов сейсмическим воздействием, действием воздушных ударных волн, разлетающимися кусками породы.

10.2. Степень дробления горных пород взрывом

и методы ее определения

На практике качество взрыва принято оценивать прежде всего процентом выхода негабарита. На карьерах применяются следующие методы определения крупной негабаритной фракции породы.

1. Поштучный учет (обмер) всего негабарита, подлежащего вторичному дроблению.

2. Планиметрические методы измерения, при которых выход негабарита определяется как отношение суммарной площади негабаритных кусков в плане к общей площади, на которой производится измерение. Если вместо замеров на развале, фотографировать его и делать последующий анализ фотографий, то такой метод называется фотопланиметрическим.

3. Количественный метод, при котором подсчитывается число негабаритных кусков, находящихся на анализируемой площади. Число штук негабарита на 1 м³ горной массы вычисляется по формуле

__ __

N = n Ö n / S Ö S,

где n – число негабаритных кусков на площади замера S, м².

Выход негабарита V_н = N V_ср,

где V_н – объем негабарита во взорванной породе, м³; V_ср – средний объем взорванной горной массы, м³.

4. Линейный метод. По развалу взорванной породы на равных интервалах через 8-10 м натягивают ленту и измеряют длину всех крупных кусков, оказавшихся по длине ленты. Выход негабарита (%) определяется как отношение суммарной длины крупных негабаритных кусков l_н к общей длине линии L и выражается в процентах:

V_н = S l_н/(S L 100)

5. Ситовой анализ применяется для оценки гранулометричекого состава взорванной породы. Средний диаметр (размер) куска горной массы

определяется по формуле

d_ср = S g_i d_i / 100

где g_i - выход кусков данной фрауции, %; d_i – диаметр среднего куска данной фракции (середина класса), см.

10.3. Зоны дробление массива

Разрушаемый взрывом массив пород, как правило, разбит системой трещин. Трещины в массиве появляются в процессе образования горных пород (генетические трещины), при последующих тектонических процессах перемещения больших объемов массивов (тектонические трещины), а также при ведении горных (в основном взрывных) работ.

Трещины оказывают экранирующее действие на распространение энергии взрыва. Происходит в основном разрушение отдельностей, расположенных в непосредственной близости вокруг заряда. На больших расстояниях отдельности могут разрушаться в результате их механического соударения.

Во взрываемом трещиноватом массиве на участке от зарядя до открытой поверхности можно выделить две характерные зоны дробления.

1. Зона регулируемого дробления. В этой зоне, изменяя параметры заряда можно направленно изменять крупность дробления. Размеры этой зоны увеличиваются с увеличением диаметра заряда дискретно, т.е. на одну, две, три разрушаемые отдельности.

2. Зона практически нерегулируемого дробления. Разрушение отдельностей в этой зоне носит вероятностный характер: отдельность может разрушиться на небольшое число частей (2-3) при наличии в ней дефектов или неоднородностей, ослабляющих ее в отдельных сечениях. Отдельность без дефектов в этой зоне, как правило, не разрушается.

10.4. Влияние диаметра скважин и условий взрывания на

степень дробления породы

Регулирование степени дробления породы в зоне регулируемого дробления возможно за счет изменения: диаметра заряда, расчетного удельного расхода ВВ, типа применяемого ВВ, плотности заряжания, конструкции заряда, направления инициирования сплошного заряда, порядка инициирования частей рассредоточенного заряда, длины забойки и ее качества. Диаметр заряда относится к одному из наиболее мощных параметров регулируемого дробления. Уменьшив диаметр заряда, можно добиться положения когда все отдельности попадают в зону регулируемого дробления. При меньших диаметрах зарядов, кроме того, уменьшаются заколы за линию зарядов в глубь массива, уменьшается относительный объем переизмельчения породы вокруг заряда и происходит распространение энергии по массиву с меньшим затуханием. При этом надо помнить, что себестоимость обуривания массива скважинами уменьшенного диаметра значительно выше.

Существенное влияние на степень дробления горной массы оказывает конструкция заряда. При равном выходе горной массы с 1 м скважины и удельном расходе ВВ рассредоточение заряда приводит к улучшению дробления вследствие увеличения зоны регулируемого дробления по сравнению со сплошным зарядом.

10.5. Короткозамедленное взрывание

Лучший результат дробления достигается в тех схемах КЗ взрывания, в которых наибольшее число зарядов взрывается разновременно, а действие их направлено навстречу друг другу, обеспечивая максимум соударений кусков.

На степень дробления оказывают влияние схема и интервал КЗ взрывания, ориентирование зарядов относительно господствующей системы трещин и другие факторы. В конкретных условиях карьера при выборе их следует исходить не только из степени дробления, но также из условий технической возможности реализации схемы взрывания, безопасности и др.

КЗ взрывание позволяет реализовать еще один эффективный способ управления дроблением трещиноватого массива путем опережающего взрывания скважин по контуру взрываемого массива, а затем с небольшим интервалом инициирование зарядов внутри блока, в котором за счет опережающего взрыва по контуру произошло смыкание трещин. Разрушение массива с сомкнутыми трещинами происходит более интенсивно за счет снижения потерь энергии при переходе через плоскости трещин, если правильно подобран интервал замедления между контурным рядом и основными зарядами. Этот метод позволяет значительно снизить сейсмическое действие взрыва на окружающую среду.

10.6. Вторичное дробление негабаритов

Высокий выход негабарита ухудшает технико-экономические показатели работы карьеров, усложняет технологический процесс, снижает производительность погрузки, транспорта, повышает себестоимость добычи полезного ископаемого.

По характеру физических и механических процессов, происходящих в породе при ее разрушении, основные способы дробления могут быть:

Взрывные, механические, термические, электрофизические и комбинированные.

Взрывные способы: без бурения шпуров в негабарите обычными накладными зарядами (а); кумулятивными зарядами (б); с гидроэкранированием (д); с бурением шпуров в негабарите для зарядов ВВ (в); микрозарядами в воде (г).

Механические способы: статические с помощью гидроклина, динамические – пневмо- и гидробутобоями и падающим грузом.

Термические способы: разрушение термитом, огнеструйными горелками.

Электрофизические способы: электрогидравлическое разрушение, разрушение токами высокой частоты, токами промышленной частоты.

Комбинированные способы: ударное и электротермическое воздействие на породу; механическое воздействие на породу в высокочастотном электромагнитном поле; сочетание воздействия высокотемпературных газовых струй и механического.

Термические, электрофизические и комбинированные способы избирательны, и их эффективность применения зависит от электрических и тепловых свойств горных пород. Взрывные и механические способы дробления негабаритов применяются в любых горных породах.

11. Механизация процессов заряжания ВВ и забойки зарядов.

Приготовление ВВ на местах применения

11.1. Механизация погрузочно-разгрузочных работ

на складах ВМ

При погрузочно-разгрузочных работах на базисных складах механизированы разгрузка ж/д вагонов, транспортирование ВВ в хранилища и выполнение операций с ними в хранилищах, а также операции загрузки транспортных машин, подающих ВВ на пункты их подготовки.

Допускается применение только специальных аккумуляторных погрузчиков во взрывобезопасном исполнении типа ЭПВ-1,25, во взрывозащищенном исполнении ВЗГ.

Доставка мешков с ВВ с заводов-изготовителей производится навалом в крытых вагонах. При этом мешки с ВВ вручную или при помощи переносных ленточных конвейеров выдаются из вагонов и укладываются на деревянные потдоны размером 900х1100 мм в штабеля по 20 – т25 штук.

11.2. Машины и механизмы для заряжания, забойки и осушения скважин и шпуров

Механизация взрывных работ на карьерах должна исключить тяжелые ручные операции с мешками ВВ, начиная с поступления их на склад и кончая их заряжанием в скважине. На рис. Показана технологическая цепь операций при механизации взрывных работ на карьерах большой производственной мощности.

Разгрузка ж/д вагонов на базисном складе

Разгрузка ж/д вагонов с амми- ачной селитрой на склад

Погрузка и транспортирование ВВ а/м на расходный склад ВМ

Доставка аммиачной селитры на пункт приготовления игдагита